[發明專利]寬速度域磁力耦合壓電風能采集器

有效

• 申請號: 201710636885.8
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107453647B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 趙林川;張文明;鄒鴻翔;劉豐瑞
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;F03D9/25
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種寬速度域磁力耦合壓電風能采集器，其特征在于，包括：風力旋轉機構、發電裝置以及設置于發電裝置內并與風力旋轉機構相連的轉子，其中：風力旋轉機構轉動設置于發電裝置的中心，發電裝置的內部設有若干發電單元正對所述轉子；

所述的發電裝置包括：殼體及設置于其內部的控制單元和若干與之相連的發電單元，其中：每個發電單元包括一個磁耦合壓電發電機構和一個發電線圈，發電線圈與磁耦合壓電發電機構間隔設置且分別與控制單元相連；

所述的風力旋轉機構包括旋轉軸以及設置于旋轉軸上的若干杯式葉片；

所述的轉子包括：中葉片和激勵磁鐵，其中：中葉片的兩端分別與風力旋轉機構和激勵磁鐵固定連接；

所述的磁耦合壓電發電機構包括：壓電層、伸張金屬層和被激勵磁鐵，其中：壓電層的至少一側設有伸張金屬層，被激勵磁鐵與壓電層或伸張金屬層相連且正對轉子，被激勵磁鐵與激勵磁鐵的極性相反互相吸引；

所述的發電單元的個數與轉子的個數相同且周向均布，相互對稱的磁耦合壓電發電機構上的被激勵磁鐵布置方式相反；

所述的控制單元包括：包含整流模塊和電能存儲器件的壓電發電電路、包含微繼電器、整流模塊和電能存儲器件的電磁感應發電電路以及微控制模塊，其中：壓電發電電路與壓電層相連，電磁感應發電電路與發電線圈相連，微控制模塊分別與壓電發電電路和電磁感應發電電路相連并傳輸控制信息；

當對稱的激勵磁鐵接近對稱的磁耦合壓電發電機構時，一個磁耦合壓電發電機構對接近的激勵磁鐵產生磁排斥力，從而對旋轉運動產生阻力矩，而與之對稱的磁耦合壓電發電機構對接近的激勵磁鐵產生磁吸引力，從而對旋轉運動產生驅動力矩；當對稱的激勵磁鐵離開對稱的磁耦合壓電發電機構時，一個磁耦合壓電發電機構對離開的激勵磁鐵產生磁排斥力，從而對旋轉運動產生驅動力矩，而與之對稱的磁耦合壓電發電機構對離開的激勵磁鐵產生磁吸引力，從而對旋轉運動產生阻力矩；在整個工作過程中，對稱的磁耦合壓電發電機構對旋轉運動的阻力矩都能被相互抵消；當風吹入時，杯式葉片旋轉，帶動旋轉軸以及固定于旋轉軸上的中葉片旋轉，同時中葉片也受到風力驅動旋轉，固定安裝于中葉片末端的激勵磁鐵旋轉，被激勵磁鐵與激勵磁鐵之間的距離發生變化，磁鐵之間的距離變化導致磁力的變化，從而激勵磁鐵對磁耦合壓電發電機構產生周期性磁力激勵，磁力被兩個伸張金屬層放大、疊加傳遞到壓電層，壓電層發生形變，因為壓電效應而發電，多個磁耦合型俘能器產生的電壓通過電線輸入控制單元的壓電發電電路；當風力較弱時，電磁感應發電電路斷開，即只有磁耦合壓電發電機構工作，通過多磁力耦合作用使得旋轉運動的阻力矩總能被驅動力矩抵消，所以磁耦合壓電發電機構工作時對旋轉運動的阻力很小，從而可以在風力較弱時有效工作；當風力較大，旋轉速度增加，磁耦合壓電發電機構產生的電壓頻率增加，當電壓頻率超過設定值，則接通電磁感應發電電路開始發電。

2.根據權利要求1所述的風能采集器，其特征是，所述的殼體包括上固定板、下固定板以及設置于其間的若干連接安裝板，所述的風力旋轉機構通過軸承轉動設置于上固定板和下固定板的中心。

3.根據權利要求2所述的風能采集器，其特征是，所述的連接安裝板的個數與發電單元相同。